JP2009221764A - ソイルセメント壁構築工法及び掘削機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハイドロフレーズ掘削機10を用いたソイルセメント壁構築工法は、掘削機10によって地盤を下方に掘削するとともに、その掘削箇所周辺に掘削用安定液と気泡とを注入する掘削工程S10と、掘削工程後、掘削機10周辺に造成用安定液を注入するとともに、ロータリーカッター14を回転させて、掘削工程S10で地盤の掘削時に生じた掘削土砂と、掘削用或いは造成用安定液とを攪拌混合しながら、掘削機10を引き上げる造成工程S20と、造成工程S20で攪拌混合された、掘削土砂と安定液との混合物を硬化させる養生工程S30と、からなる。
【選択図】図3
Description
特許文献1では、ハイドロフレーズ掘削機を用いて、掘削機に設置されたノズルから水又はセメント系懸濁液を注入しながら地盤を鉛直下方に掘削し、掘削機を所定の深度に到達させた後、ロータリーカッターを回転駆動させてセメント系懸濁液と掘削土砂とを攪拌混合させながら、掘削機を地上まで引き上げ、最後にセメント系懸濁液と掘削土砂との混合物で満たされた掘削孔に芯材を建て込み、混合物を硬化させることによりソイルセメント壁を構築する工法を開示している。
前記掘削機によって前記地盤を下方に掘削しながら、その掘削箇所周辺に掘削用安定液と気泡とを注入する掘削工程と、
前記掘削工程後、前記掘削機周辺に造成用安定液を注入するとともに、前記ロータリーカッターを回転させて、前記掘削工程で地盤の掘削時に生じた掘削土砂と、前記掘削用或いは造成用安定液とを攪拌混合しながら、前記掘削機を引き上げる造成工程と、
前記造成工程で攪拌混合された、前記掘削土砂と前記安定液との混合物を硬化させる養生工程と、を備えることを特徴とする(第1の発明)。
第4の発明は、第1又は2の発明において、前記掘削用安定液として、水のみを用いることを特徴とする。
本発明のソイルセメント壁構築工法によれば、排出された排泥は、産業廃棄物として処理が必要なベントナイトを含んでおらず、気泡が消泡した後に残土として再利用できる。
第6の発明は、第1〜5の何れかの発明において、前記造成用安定液として、前記セメントミルクに前記気泡を消泡させる消泡剤を配合したものを用いることを特徴とする。
本発明のソイルセメント壁構築工法によれば、掘削工程で掘削孔内に注入した気泡を、造成工程で速やかに消泡することができ、これにより、さらに排泥量を低減することができるとともに、より高品質なソイルセメント壁を構築することができる。
本発明のソイルセメント壁構築工法によれば、掘削土砂と安定液との混合物をより一層均一に混合することができるので、高品質なソイルセメント壁を構築することができる。
第9の発明は、第8の発明において、前記注入管の注入口を、前記ロータリーカッターの回転軸よりも下方に設けたことを特徴とする。
本発明の水平多軸回転式掘削機によれば、気泡がロータリーカッターの回転軸よりも下方の掘削箇所周辺に注入されることになるので、気泡を、掘削土砂及びその他注入される安定液等と良好に攪拌混合することができる。
本発明の水平多軸回転式掘削機によれば、注入管の先端が、掘削機の掘削方向である下方と異なる方向に向いているので、掘削時に外部から土砂等が浸入して配管詰まりを引き起こすのを抑制する。
本発明の水平多軸回転式掘削機によれば、掘削時に、注入管の先端外部から流体が逆流したり、土砂等が浸入したりして、気泡の注入が阻害されることを防止する。
図1は、本実施形態に係るソイルセメント壁構築工法を実施するのに使用するハイドロフレーズ掘削機10を示し、同図(a)は正面図、同図(b)は側面図である。
図1に示すように、ハイドロフレーズ掘削機10は、掘削機本体12と、掘削機本体12の下端にロータリーカッター14とを備える。
図2に示すように、掘削機本体12には、ソイルセメント壁を構築する際に掘削孔内に注入する安定液と気泡とを別々に注入する専用の安定液注入管26及び気泡注入管28とが夫々、掘削機本体12の側面から下方に延長して、回転ドラム22の外周に沿いながら、掘削機本体12の下方中央に巻き込むように屈曲し、先端の注入口26a,28aが、ロータリーカッター14の回転軸14aよりも下方に位置するように設けられている。
図3は、本実施形態に係るソイルセメント壁構築工法の工程を示す図である。
図3に示すように、ソイルセメント壁構築工法は、掘削工程S10と、造成工程S20と、養生工程S30とからなる。
気泡も掘削用安定液と同様に、地上に設置されたプラント等で水、起泡材、及び空気を攪拌混合することにより生成され、配管を通じて気泡注入管28に移送される。
図4に示すように、掘削工程S10では、掘削機10を時間の経過とともに下方向へ移動させる。一方、造成工程S20では、掘削機10を上下に揺動させながら次第に上方へ移動させる。すなわち、造成工程S20では、掘削機10は同図グラフのようなノコギリ刃状の軌跡をとりながら移動していく。
図5に示すように、実験サイトの土質は、地表から深度4.5m程度までは埋土(スラグ)、深度4.5mから10.5m程度までは細砂、深度10.5mから12.1m程度までは砂混じりシルト、深度12.1mから16.9m程度までは細砂、深度16.9mから21.4m程度までは砂レキ、深度21.4mから25.6mまではシルト質細砂によって構成されている。
図6に示すように、図5に示した土質構造からなる実験サイトにおいて、幅2.40m、奥行き0.65m、深さ約20mの寸法のソイルセメント壁40を構築した。なお、ソイルセメント壁40として、上述した掘削工程S10で気泡を注入して構築したソイルセメント壁(以下、気泡入ソイルセメント壁という)を1つ構築し(エレメントA)、また比較用として気泡を注入せずに構築したソイルセメント壁(以下、気泡なしソイルセメント壁という)を3つ構築した(エレメントB1〜B3、詳細は後述)。
図7に示すように、ソイルセメント壁40を構築するに際し、気泡なしと気泡入とに共通する掘削用安定液及び造成用安定液を構成する材料として、ベントナイト、セメント、及び水を用いた。
一方、気泡入ソイルセメント壁の構築時には、掘削用安定液としては、水500Lにベントナイト25kgを混合した5%のベントナイト溶液を用いて、掘削時に地山体積率10%の割合で注入した。このとき、当該ベントナイト溶液とともに地山体積率の40%の割合で気泡を注入した。
また、造成用安定液としては、気泡なしソイルセメント壁の構築の際に用いたものと同様の造成用安定液に、消泡剤を1.4kg配合したものを用いた。なお、消泡剤としては、消泡機能付与型界面活性剤を用いた。
これは、エレメントA(気泡入)には、掘削時に気泡が注入されているので、掘削用安定液と掘削土砂との混合物中の空気量が増加して、その結果、ベアリング効果により流動性が高くなり、テーブルフロー値が上昇傾向になったと考えられる。
これは、造成用安定液に配合された消泡剤の消泡作用により、掘削泥土中の気泡が良好に消泡されたことを示している。
すなわち、掘削時のエレメントAの排泥量は、その後しばらく静置しておくことにより、気泡分が消失して13.0m3から5.6m3程度に減少する。
これは、エレメントAの造成用安定液に配合される消泡液が、掘削時に注入された気泡と混ざることにより気泡を消泡し、この消泡によって掘削孔内の混合物の体積が減少することになるが、その減少分を造成用安定液で補充したと考えられる。
図12は、各エレメントの一軸圧縮強度及び透水係数の測定結果を表にまとめたものである。一軸圧縮強度の測定はJIS A 1108に準拠し、透水係数測定は、JCI(社団法人日本コンクリート工学協会)のインプット法に準拠して行った。なお、各試験は再現性を確認するため、エレメント毎に3個の供試体を作製して試験を行い、その平均値を求めている。供試体の採取深度は、エレメント毎に表中に記載している。
さらに、材齢28日の一軸圧縮強度は、エレメントB1〜B3が566.3〜1037.2kN/m2であるのに比べ、エレメントAは2108.4kN/m2と同様に高い。
一方、エレメントAではエレメントB2の造成時と同様の90cm/分で移動しているにもかかわらず、その透水係数は3.05×10−7cm/secとエレメントB1〜B3の何れもよりも低く、遮水性に優れている。
14 ロータリーカッター 14a 回転軸
16 ワイヤー 18 吊り治具
20 エアーノズル 22 回転ドラム
24 カッタビット 26 安定液注入管
28 気泡注入管 30 キャップ
40 ソイルセメント壁 S10 掘削工程
S20 造成工程 S30 養生工程
Claims (11)
- 水平の回転軸を有するロータリーカッターを下部に複数備えた水平多軸回転式掘削機を用いたソイルセメント壁構築工法であって、
前記掘削機によって前記地盤を下方に掘削しながら、その掘削箇所周辺に掘削用安定液と気泡とを注入する掘削工程と、
前記掘削工程後、前記掘削機周辺に造成用安定液を注入するとともに、前記ロータリーカッターを回転させて、前記掘削工程で地盤の掘削時に生じた掘削土砂と、前記掘削用或いは造成用安定液とを攪拌混合しながら、前記掘削機を引き上げる造成工程と、
前記造成工程で攪拌混合された、前記掘削土砂と前記安定液との混合物を硬化させる養生工程と、を備えることを特徴とするソイルセメント壁構築工法。 - 前記気泡として、タンパク系の発泡剤や界面活性剤を発泡させたもの、又は前記発泡剤と水溶性の高分子の水溶液と空気とを混合して泡状にしたものを用いることを特徴とする請求項1に記載のソイルセメント壁構築工法。
- 前記掘削用安定液として、水とベントナイトとを混合したベントナイト液を用いることを特徴とする請求項1又は2に記載のソイルセメント壁構築工法。
- 前記掘削用安定液として、水のみを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載のソイルセメント壁構築工法。
- 前記造成用安定液として、セメントミルクを用いることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のソイルセメント壁構築工法。
- 前記造成用安定液として、前記セメントミルクに前記気泡を消泡させる消泡剤を配合したものを用いることを特徴とする請求項5に記載のソイルセメント壁構築工法。
- 前記造成工程では、前記掘削機を上下に揺動させながら、前記掘削機を引き上げることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のソイルセメント壁構築工法。
- 回転軸が水平な略円筒形のロータリーカッターを下部に複数備え、前記ロータリーカッターを地盤に接触させた状態で回転させることにより、前記地盤を下方に掘削する水平多軸回転式掘削機であって、
前記地盤の掘削時に、その掘削箇所周辺に気泡を注入する注入管を備えることを特徴とする水平多軸回転式掘削機。 - 前記注入管の注入口を、前記ロータリーカッターの回転軸よりも下方に設けたことを特徴とする請求項8に記載の水平多軸回転式掘削機。
- 前記注入口は、前記気泡が水平又は上向きに注入されるように設けられていることを特徴とする請求項8又は9に記載の水平多軸回転式掘削機。
- 前記注入口には、外部からの流体又は粒子の浸入を防止するキャップが備えられていることを特徴とする請求項8〜10の何れか1項に記載の水平多軸回転式掘削機。
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